人工智能与教育(人工智能与教育教学培训心得体会)

 

人工智能无疑成为社会发展的加速器，未来将会与社会属性更深度的融合，也是人工智能发展的必然趋势。

美国K12人工智能教育

我们以美国K12人工智能教育为例，2018年美国人工智能促进协会（The Association for the Advancement of Artificial Intelligence，AAAI）、美国计算机科学教师协会（Computer Science Teachers Association，CSTA）和卡耐基梅隆大学计算机科学学院（Carnegie Mellon University School of Computer Science）组成了联合工作组，启动了美国K12人工智能教育行动（The Artificial intelligence for K-12 Initiative，AI4K12）。

人工智能的五大理念

AI4K12将K12阶段所需学习的人工智能分成了五大理念（Five Big Ideas in AI）：感知、表示和推理、机器学习、人机交互、社会影响。

分级学习目标

基于这五大理念，分别给出了分级学习目标。例如感知的分级学习目标如下：

人工智能教学资源

AI4K12相应的列出了针对K12人工智能教育的资源目录，包括著作、报告、竞赛、演示、在线课程、软件包、视频等资源（https://ai4k12.org/resources/list-of-resources/）。

虽然中美文化和教育体制存在差异，但针对K12人工智能教育的教学内容、分级学习目标、教学资源还是有很好的启示和借鉴意义。

我国K12人工智能教育

在中小学人工智能教育顶层规划方面，国务院和教育部都有相关的宏观指导文件。

在中小学人工智能教育政策落地方面，各省市都相继展开了探索和实践，积极推进中小学人工智能教育。

从人才培养的系统性和社会发展规律角度出发，我个人认为是有必要在基础教育阶段进行人工智能科普教育，有必要对孩子进行科学素养的培养。

人工智能本身就是多学科的交叉融合，而人工智能教学是一门综合性课程教学，涉及信息科学、脑科学、神经学、认知心理学等。

针对K12的人工智能教学，个人认为要根据教育部《义务教育小学科学课程标准》、《义务教育初中科学课程标准》、《普通高中课程方案和各学科课程标准》来制定符合国情的课程体系和分级学习目标，以及相应教学资源的配备。

分级规划

依据儿童心智和智力发展，以及我国针对中小学的课程体系和分级学习目标，可将K12人工智能教学分为AI启蒙、AI通识、AI基础和AI初级四个阶段（个人建议），便于与高等教育无缝衔接。

第一阶段（AI启蒙）

目标：AI科学素养培养

群体：K1~K2

核心：感觉、知觉、记忆力、想象力、思维力、专注力

第二阶段（AI通识）

目标：AI科技素养培养

群体：K3~K5

核心：AI场景认知、思考能力、逻辑推理

第三阶段（AI基础）

目标：AI创意思维培养

群体：K6~K8

核心：独立思考能力、AI实现思路

第四阶段（AI初级）

目标：AI实践能力培养

群体：K9~K12

互联网小常识：ipconfig 显示当前TCP/IP网络设置 ；hostname显示当前主机名称；arp 显示和修改arp表；NBTSTAT显示本机与远程计算机的基于TCP/IP的NetBIOS的统计及连接信息；Net 管理网络环境、服务、用户、登录等本地信息；NETSTAT 显示活动的TCP连接、侦听端口、以太网统计信息、IP路由表与IP统计信息。Ping通过发送ICMP报文并监听回应来检查与远程或本地计算机的连接。

核心：建模能力、解决问题策略

抛转引玉

目前，并没有针对K12人工智能教育的标准化模式。本人通过一个具体实例来引出读者的思考。我们以农夫过河为例， 问题描述如下：

一个农夫带着一只狼、一只羊和一筐菜要过河，只有一条船而且农夫每次最多只能带一个动物或物品过河，并且当农夫不在的时候狼会吃羊，羊会吃菜，请考虑农夫如何将所有的东西运过河？

AI启蒙阶段

演讲故事，通过生动、形象地讲故事的形式，培养小朋友的理解力和想象力。

亲子互动，爸爸、妈妈、孩子分别装扮不同角色，进行亲子互动游戏。

动画演示，小朋友们的最爱，既看了动画，又理解了狼、羊、菜和农夫的关系。

游戏互动，制作人机交互的游戏，让小朋友简单的触摸操作，实现互动。

……

AI通识阶段

可以引导小朋友对场景的理解，对规则的理解和抽象，逻辑思维能力的培养。例如：因为狼、羊和菜不会划船，所以只能农夫划船，那么所有的可能有：

农夫单独过河；

农夫带狼过河；

互联网小常识：综合布线系统分为六个子系统，分别为：工作区子系统、配线（水平）子系统、干线（垂直）子系统、设备间子系统、管理子系统和建筑群子系统。

农夫带羊过河；

农夫带菜过河；

农夫单独返回；

农夫带狼返回；

农夫带羊返回；

农夫带菜返回；

引导小朋友逻辑思路判断哪种可能组合才能解决问题呢？培养小朋友实际问题的解决能力。

可能的解决思路1：都未过河->农夫带羊过河->农夫单独返回->农夫带狼过河->农夫带羊返回->农夫带白菜过河->农夫单独返回->农夫带羊过河；

可能的解决思路2：都未过河->农夫带羊过河->农夫单独返回->农夫带菜过河->农夫带羊返回->农夫带狼过河->农夫单独返回->农夫带羊过河；

还有其他可能的组合吗？

AI基础阶段

在这个阶段，小朋友就应该有独立思考能力和AI实现思路了，引导小朋友将实际问题抽象为数学问题，并学会用计算思维的方式解决问题能力。具体过程如下：

①　模拟农夫过河问题，首先要对每个角色的位置进行描述，我们可以使用0和1对农夫、羊、狼、菜四个角色进行位置描述。其中，0表示未过河，1表示已过河；

当农夫的位置= 0时，表示农夫未过河；当农夫的位置 = 1时，表示农夫已过河；

当狼的位置= 0时，表示狼未过河；当狼的位置 = 1时，表示狼已过河；

当羊的位置= 0时，表示羊未过河；当羊的位置 = 1时，表示羊已过河；

当菜的位置= 0时，表示菜未过河；当菜的位置 = 1时，表示菜已过河；

②　农夫过河问题可以转化为（农夫，狼，羊，菜）位置安全状态判断问题，即由初始状态的（0，0，0，0），寻找一种全部由安全状态构成的状态序列，转化为目标状态的（1，1，1，1）。其中，（0，0，0，0）表示农夫、狼、羊、菜都未过河，（1，1，1，1）表示农夫、狼、羊、菜都已过河；

③　（农夫，狼，羊，菜）共有 种状态，即：0000，0001，0010，0011，0100，0101，0110，0111，1000, 1001, 1010, 1011, 1100, 1101, 1110, 1111；要在这些状态中找到从初始状态0000到目标状态1111的安全序列；

④　当农夫不在场时，狼会吃羊，羊会吃菜，因此，0111，0011，0110，1000，1001，1100，1110为不安全状态；此时，安全状态只有0000，0001，0010，0100，0101，1010，1011，1101，1111；

⑤　狼、羊、菜不能自行过河，必须由农夫送过河，并且每次只能送一件，根据此条件，可以从安全状态里找到从0000到1111的可行状态序列有两个，即：

(0,0,0,0)->(1,0,1,0)->(0,0,1,0)->(1,0,1,1)->(0,0,0,1)->(1,1,0,1)->(0,1,0,1)->(1,1,1,1)

(0,0,0,0)->(1,0,1,0)->(0,0,1,0)->(1,1,1,0)->(0,1,0,0)->(1,1,0,1)->(0,1,0,1)->(1,1,1,1)

⑥　第一个状态序列表示的意思为：

都未过河(0,0,0,0)->农夫带羊过河(1,0,1,0)->农夫单独返回(0,0,1,0)->农夫带菜过河(1,0,1,1)->农夫带羊返回(0,0,0,1)->农夫带狼过河(1,1,0,1)->农夫单独返回(0,1,0,1)->农夫带羊过河(1,1,1,1)；

⑦　第二个状态序列表示的意思为：

都未过河(0,0,0,0)->农夫带羊过河(1,0,1,0)->农夫单独返回(0,0,1,0)->农夫带狼过河(1,1,1,0)->农夫带羊返回(0,1,0,0)->农夫带白菜过河(1,1,0,1)->农夫单独返回(0,1,0,1)->农夫带羊过河(1,1,1,1)；

最好，在此阶段也具备编程实现能力，将上面的计算思维过程进行编程实现。

AI初级阶段

在此阶段，就应该具备建模能力和应用人工智能策略解决问题的能力了。如此问题，我们就可以基于现有的知识积累来解决此问题。

穷举法

图论法

队列法

搜索法

……

我们可以看出，针对同一问题，在不同阶段所教学的侧重点不同，要达到的教学目标不同，教学形式和内容不同。

尤其在基础教育科学阶段，个人建议：

要将人工智能教育的重心放在核心素养、创新意识和思维能力的培养上，弱化人工智能具体知识和技术的学习。

整合各个阶段的基础课程知识，进行系统化、多元化的人工智能科普教育，如科学类、综合类、实践类人工智能课程的教学。

加强学科理解、教学思路、教学资源的专业性、规范性和适切性。

给家长的建议

对于我们家长来说，我们应该如何理解人工智能呢？

首先，不要把人工智能当成一门课程理解。要在我们日常生活和学习中所见，所得，所感，所知的场景中去理解，去体会。

鼓励孩子利用现有所学知识分析、解释、解决实际问题的能力。

培养孩子的计算思维能力和实践能力。

最后，我们的目的并不是要把孩子都培养成人工智能人才，而是为了让孩子适应人工智能时代。

互联网小常识：VTP有三种工作模式：VTP Server 、VTP Client和VTP Transparent.Server一般一个域中只有一个。用于设置因此不需要学习VLAN信息，Transparent相当于一个独立交换机不参与VTP工作，Client不能建立、删除或修改VLAN,它只能从Sserver学习VLAN配置。

免责声明：本站所有信息均搜集自互联网，并不代表本站观点，本站不对其真实合法性负责。如有信息侵犯了您的权益，请告知，本站将立刻处理。联系QQ：1640731186